一种具有非对称刀翼的pdc钻头的制作方法

本实用新型涉及pdc钻头技术领域，具体涉及一种具有非对称刀翼的pdc钻头。

背景技术：

目前，pdc钻头、天然金刚石钻头、孕镶钻头等被广泛用于油气开采和地质勘探，并取得了突出的使用效果。随着油气开采难度的不断加大，页岩气、大位移井等的开发都更多的依赖于定向钻井技术，因此需要有适合定向钻进的定向钻井钻头。

pdc钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，其是地质钻探以及钻井工程等行业中最主要的破岩工具之一。pdc钻头的冠部剖面通常可划分为：内锥顶点、内锥面、鼻部、肩部、外肩部、保径。pdc钻头上的切削齿以合适的角度沿钻头径向布置在钻头冠部的刀翼上，布置在刀翼上的切削齿通过刮切或剪切的方式实现破岩。

但是现有pdc钻头在破岩过程中存在破岩效率低的问题，而且在岩块沿着排屑通道排出时，经常会卡在排屑通道内，导致排屑不畅，影响钻头的破岩效率。

技术实现要素：

基于以上技术问题，本实用新型提供了一种具有非对称刀翼的pdc钻头,从而解决了现有pdc钻头破岩效率低的技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种具有非对称刀翼的pdc钻头，包括内部中空的钻头本体，钻头本体包括上部的切削部和下部的连接部；

所述切削部冠部外表面上设置有5条刀翼，每条刀翼上表面均布有多个切削齿，相邻刀翼之间形成排屑通道，切削部位于排屑通道位置设置有喷嘴；

所述切削部中心设置有中心切削装置，中心切削装置的高度高于切削齿的高度；中心切削装置包括连接杆和设置在连接杆顶部的切削装置，切削装置外径大于连接杆外径；

所述钻头本体中部竖直设置有套筒，套筒与钻头本体同轴设置且贯穿钻头本体；套筒外部圆周分布有5个连接板，连接板与钻头本体内壁连接，将钻头本体内腔分为5个出液腔，每个所述出液腔与喷嘴对应且连通；所述连接杆与套筒螺纹连接，连接杆水平设置有多个连接孔，套筒对应连接孔位置设置有安装孔，螺栓分别穿过连接孔和安装孔将连接杆和套筒固定；

所述每条刀翼侧壁均布有多组辅助切削装置，每组辅助切削装置包括设置在刀翼内部的联动齿轮和分别半镶嵌在刀翼两个侧壁上的破碎齿轮，联动齿轮将同组内的两个破碎齿轮连接，联动齿轮和破碎齿轮均可以转动；所述多组辅助切削装置沿刀翼的走向均匀设置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中部设置的中心切削装置可以先破坏岩层的应力分布，使钻进更加容易，而且可以将本实用新型中部的岩层向周围刀翼上转速较高的切削齿处挤压，从而提高破岩效率，提高钻进速度；

2、由于中心切削装置最先与岩层接触，所以容易磨损，本实用新型中心切削装置与钻头本体活动连接，从而可以方便更换中心切削装置，避免中心切削装置与钻头本体设置为一体，中心切削装置磨损后不能更换的情况；中心切削装置与设置在钻头本体内的套筒通过螺栓和螺纹连接，不仅可以更连接更加紧固，而且可以保证中心切削装置和钻头本体连接的稳定性；

3、本实用新型设置的连接板不仅可以将套筒和钻头本体内壁连接，固定套筒，而且将钻头本体内腔分为5个独立的出液腔，使各个喷嘴出液压力相同，从而使钻头在出液过程中，受力更加平衡；在出液腔为一个整体的情况下，在其中某个喷嘴堵塞时，钻井液会从其他的喷嘴喷出，冲击被堵塞喷嘴的压力小，而本实用新型设置的独立出液腔更有利于将堵塞的喷嘴冲开；

4、本实用新型设置的破碎齿轮凸出刀翼侧壁并且可以转动，在岩块在通过排屑通道时，使岩块与刀翼侧壁之间的滑动摩擦变位滚动摩擦，从而减小摩擦力，使岩块不容易卡在排屑通道，从而使钻头在破岩过程中，排屑顺畅，提高工作效率；

5、由于相邻的刀翼之间形成排屑通道，同组内的两个破碎齿轮分别设置在刀翼的两个侧壁，所以同组内的两个破碎齿轮分别与两个排屑通道接触，并且同组的破碎齿轮通过联动齿轮联动，所以当岩块卡在一个排屑通道内时，岩块与辅助切削装置内的一个破碎齿轮接触，同组内的另一个破碎齿轮在钻井液的冲击下转动，从而带动同组内与岩块接触的另一个破碎齿轮转动，从而使卡在排屑通道内的岩块脱落，使排屑通道排屑顺畅，提高工作效率。

优选的，所述所述破碎齿轮和联动齿轮的轴线均与刀翼侧壁平行，破碎齿轮和联动齿轮的轴线均与刀翼上表面垂直，由于刀翼的厚度有限，所以此种设置方式可以需要较少的联动齿轮就可以将同组内的两个破碎齿轮连接，结构简单，节约成本。

优选的，所述所述破碎齿轮和联动齿轮的轴线均与刀翼侧壁平行，破碎齿轮和联动齿轮的轴线均与刀翼上表面平行，破碎齿轮可以在钻头转动过程中与岩层接触并转动，不仅可以方便破岩，而且在排屑通道内被卡住岩块时，破碎齿轮提供的力量更大，使排屑通道卡入的岩块更快掉落。

优选的，所述联动齿轮数量为1个，不仅结构简单，节约成本，而且在同等规格的刀翼下，联动齿轮设置为1个，相对与联动齿轮设置为多个的情况，联动齿轮的尺寸更大，从而使力矩变大，使堵塞的岩块更容易掉落。

优选的，所述中心切削装置包括设置在中心的主中心齿和以主中心齿为中心呈圆周分布的副中心齿，主中心齿的高度高于副中心齿的高度，副中心齿不仅可以提高中心切削装置的切削直径，保证工作的稳定性，也可以在主中心齿磨损后，使中心切削装置仍然可以使用。

优选的，所述副中心齿下部为圆柱体，上部为圆锥体，下部设置为圆柱体可以保证副中心齿的稳定性，避免副中心齿损坏，上部设置为圆锥体有利于提高破岩效率。

优选的，所述主中心齿的直径为15-30mm。

优选的，所述主中心齿与副中心齿之间的高度差为3-10mm，经发明人研究，主中心齿与副中心齿之间的高度差为3-10mm，不仅可以保证破岩效率，而且可以避免主中心齿折断。

附图说明

图1是本实用新型总体连接示意图；

图2是本实用新型图1A-A剖面示意图；联动齿轮设置为1个；

图3是本实用新型图1A-A剖面示意图；联动齿轮设置为多个；

图4是本实用新型图3B处放大图；

图5是本实用新型中心切削装置示意图；

图中标记：1-钻头本体；2-切削部；3-连接部；4-刀翼；5-切削齿；6-排屑通道；7-喷嘴；8-中心切削装置；9-连接杆；10-切削装置；11-套筒；12-连接板；13-出液腔；14-辅助切削装置；15-联动齿轮；16-破碎齿轮；17-主中心齿；18-副中心齿。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，一种具有非对称刀翼的pdc钻头，包括内部中空的钻头本体1，钻头本体1包括上部的切削部2和下部的连接部3；

所述切削部2冠部外表面上设置有5条刀翼4，每条刀翼4上表面均布有多个切削齿5，相邻刀翼4之间形成排屑通道6，切削部2位于排屑通道6位置设置有喷嘴7；

如图5所示，所述切削部2中心设置有中心切削装置8，中心切削装置8的高度高于切削齿5的高度；中心切削装置8包括连接杆9和设置在连接杆9顶部的切削装置10，切削装置10外径大于连接杆9外径；

如图2所示，所述钻头本体1中部竖直设置有套筒11，套筒11与钻头本体1同轴设置且贯穿钻头本体1；套筒11外部圆周分布有5个连接板12，连接板12与钻头本体1内壁连接，将钻头本体1内腔分为5个出液腔13，每个所述出液腔13与喷嘴7对应且连通；所述连接杆9与套筒11螺纹连接，连接杆9水平设置有多个连接孔，套筒11对应连接孔位置设置有安装孔，螺栓分别穿过连接孔和安装孔将连接杆9和套筒11固定；

如图2所示，所述每条刀翼4侧壁均布有多组辅助切削装置14，每组辅助切削装置14包括设置在刀翼4内部的联动齿轮15和分别半镶嵌在刀翼4两个侧壁上的破碎齿轮16，联动齿轮15将同组内的两个破碎齿轮16连接，联动齿轮15和破碎齿轮16均可以转动；所述多组辅助切削装置14沿刀翼4的走向均匀设置。

所述所述破碎齿轮16和联动齿轮15的轴线均与刀翼4侧壁平行，破碎齿轮16和联动齿轮15的轴线均与刀翼4上表面垂直；所述联动齿轮15数量为1个。

所述中心切削装置8包括设置在中心的主中心齿17和以主中心齿17为中心呈圆周分布的副中心齿18，主中心齿17的高度高于副中心齿18的高度；所述副中心齿18下部为圆柱体，上部为圆锥体；所述主中心齿17的直径为15-30mm；所述主中心齿17与副中心齿18之间的高度差为3-10mm。

本实用新型的工作原理是：将连接部3与钻杆螺纹连接，钻进时，主中心齿17最先钻进岩层，破坏岩层的应力分布，并将破碎后的岩层挤压到周围的转速较高的副中心齿18和切削齿5处，副中心齿18和切削齿5将破碎后的岩层进一步破坏成岩屑，喷嘴7中喷出钻井液将破碎后的岩屑沿排屑通道6排出；

需要更换中心切削装置8时，将钻头本体1从钻杆上取下，将连接在连接杆9和套筒11之间连接的螺栓拆下，旋转中心切削装置8将中心切削装置8从钻头本体1拆下；而独立出液腔13可以使各个喷嘴7出液压力相同，从而使钻头在出液过程中，受力更加平衡，并且独立出液腔13有利于将被堵塞的喷嘴7冲开；

由于破碎齿轮16凸出刀翼4侧壁并且可以转动，在岩块在通过排屑通道6时，使岩块与刀翼4侧壁之间的滑动摩擦变位滚动摩擦，从而减小摩擦力，使岩块不容易卡在排屑通道6内；

在岩块卡在其中某个排屑通道6时，岩块与被堵塞排屑通道6两侧的刀翼4中设置的一个破碎齿轮16接触，此时同组内的另一个破碎齿轮16在钻井液的冲击下转动，从而带动联动齿轮15转动，联动齿轮15带动与岩块接触的破碎齿轮16转动，从而使卡在排屑通道6内的岩块掉落。

下面，结合具体实施例来对本实用新型做进一步详细说明。

具体实施例

实施例1

一种具有非对称刀翼的pdc钻头，包括内部中空的钻头本体1，钻头本体1包括上部的切削部2和下部的连接部3；

所述切削部2冠部外表面上设置有5条刀翼4，每条刀翼4上表面均布有多个切削齿5，相邻刀翼4之间形成排屑通道6，切削部2位于排屑通道6位置设置有喷嘴7；

所述切削部2中心设置有中心切削装置8，中心切削装置8的高度高于切削齿5的高度；中心切削装置8包括连接杆9和设置在连接杆9顶部的切削装置10，切削装置10外径大于连接杆9外径；

所述钻头本体1中部竖直设置有套筒11，套筒11与钻头本体1同轴设置且贯穿钻头本体1；套筒11外部圆周分布有5个连接板12，连接板12与钻头本体1内壁连接，将钻头本体1内腔分为5个出液腔13，每个所述出液腔13与喷嘴7对应且连通；所述连接杆9与套筒11螺纹连接，连接杆9水平设置有多个连接孔，套筒11对应连接孔位置设置有安装孔，螺栓分别穿过连接孔和安装孔将连接杆9和套筒11固定；

所述每条刀翼4侧壁均布有多组辅助切削装置14，每组辅助切削装置14包括设置在刀翼4内部的联动齿轮15和分别半镶嵌在刀翼4两个侧壁上的破碎齿轮16，联动齿轮15将同组内的两个破碎齿轮16连接，联动齿轮15和破碎齿轮16均可以转动；所述多组辅助切削装置14沿刀翼4的走向均匀设置。

实施例2

本实施例基于实施例1做进一步优化，所述所述破碎齿轮16和联动齿轮15的轴线均与刀翼4侧壁平行，破碎齿轮16和联动齿轮15的轴线均与刀翼4上表面垂直，由于刀翼4的厚度有限，所以此种设置方式可以需要较少的联动齿轮15就可以将同组内的两个破碎齿轮16连接，结构简单，节约成本。

实施例3

本实施例基于实施例1做进一步优化，如图3、图4所示，所述所述破碎齿轮16和联动齿轮15的轴线均与刀翼4侧壁平行，破碎齿轮16和联动齿轮15的轴线均与刀翼4上表面平行。

本实施例的工作原理：钻进时，切削齿5对岩层进行破岩，设置在刀翼4侧壁的破碎齿轮16与岩层接触并转动，可以帮助破岩，钻井液从喷嘴7中喷出，使破碎的岩块沿着排屑通道6排出，在岩块卡在其中某个排屑通道6时，岩块与被堵塞排屑通道6两侧的刀翼4中设置的破碎齿轮16接触，破碎齿轮16与岩层接触并转动，可以使岩块掉落；

在刀翼4下部破碎齿轮16不能与岩层接触的位置卡住岩块时，岩块与被堵塞排屑通道6两侧的刀翼4中设置的一个破碎齿轮16接触，此时同组内的另一个破碎齿轮16在钻井液的冲击下转动，从而带动联动齿轮15转动，联动齿轮15带动与岩块接触的破碎齿轮16转动，从而使卡在排屑通道6内的岩块掉落。

实施例4

本实施例基于实施例2做进一步优化，所述联动齿轮15数量为1个，不仅结构简单，节约成本，而且在同等规格的刀翼4下，联动齿轮15设置为1个，相对与联动齿轮15设置为多个的情况，联动齿轮15的尺寸更大，从而使力矩变大，使堵塞的岩块更容易掉落。

实施例5

本实施例基于实施例1做进一步优化，所述中心切削装置8包括设置在中心的主中心齿17和以主中心齿17为中心呈圆周分布的副中心齿18，主中心齿17的高度高于副中心齿18的高度，副中心齿18不仅可以提高中心切削装置8的切削直径，保证工作的稳定性，也可以在主中心齿17磨损后，使中心切削装置8仍然可以使用。

实施例6

本实施例基于实施例5做进一步优化，所述副中心齿18下部为圆柱体，上部为圆锥体，下部设置为圆柱体可以保证副中心齿18的稳定性，避免副中心齿18损坏，上部设置为圆锥体有利于提高破岩效率。

实施例7

本实施例基于实施例5做进一步优化，所述主中心齿17的直径为15-30mm。

实施例8

本实施例基于实施例5做进一步优化，所述主中心齿17与副中心齿18之间的高度差为3-10mm，不仅可以保证破岩效率，而且可以避免主中心齿17折断。

如上所述即为本实用新型的实施例。本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。